水土保持工程措施在南方山區(qū)坡耕地中的應(yīng)用

山坡上的土地是中國南方山區(qū)的重要耕地。該地區(qū)山川險峻，河谷開闊，山坡眾多。由于西南和東南風(fēng)的影響，灌溉。以長江上游為例,坡耕地面積約767萬hm2,占區(qū)內(nèi)耕地面積的72%。其中,坡度大于15°的陡坡耕地面積435萬hm2,占長江上游坡耕地面積的57%,土壤侵蝕量60%以上來自坡耕地。可見,我國南方山區(qū)坡耕地量大面廣,水土流失嚴(yán)重,水土保持任務(wù)艱巨。長江委水土保持局呼吁“長江上游坡耕地水土流失需要國家地方群眾齊心治理”。南方山區(qū)治理坡耕地水土流失問題從古至今廣受關(guān)注,長期以來的探索與實踐,已經(jīng)形成許多水土保持效益良好的措施。筆者綜述了我國南方山區(qū)現(xiàn)有的主要水土保持措施,綜合分析了我國南方山區(qū)現(xiàn)有水土保持措施存在的問題,并提出解決建議,為進(jìn)一步加強南方山區(qū)坡耕地水土保持措施的研究與實踐提供參考。1坡面工程措施我國南方山區(qū)水土保持措施主要有3種:1)工程措施,包括以坡改梯為主要形式的坡面工程措施和以坡面水系工程為主要形式的溝道工程措施;2)耕作措施,包括秸稈覆蓋、聚土免耕、橫坡壟作、等高種植等;3)植被措施,當(dāng)前主要在長江中上游防護(hù)林工程和珠江流域綜合治理防護(hù)林工程的帶動下建設(shè)林草立體結(jié)構(gòu),防治水土流失。1.1項目措施1.1.1坡改梯與植物植物資源開發(fā)利用的合作對坡改梯工程的研究主要集中在坡改梯后的水土保持能力、坡改梯工程的布局與設(shè)計、坡改梯后的效益分析以及坡改梯的工程量計算等方面。有研究認(rèn)為,坡耕地改梯田后具有良好的蓄水保土效果,梯壁植草能提高梯田的蓄水保土功能,其蓄水效益達(dá)59.7%,保土效益達(dá)98.2%。然而對坡改梯的投入與產(chǎn)出比、坡改梯后期工程的維護(hù)費用,坡改梯與植物籬土埂的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)劣等方面研究甚少。坡改梯較高的資金與勞動力投入(資金+勞動力成本為45920.30元/hm2)、易垮塌以及梯化后工程的維護(hù)費用高等問題往往被忽視。對貴州坡改梯工程調(diào)查表明,因資金、技術(shù)以及工程管理等方面的原因,工程質(zhì)量未得到保證,在暴雨等因素的誘導(dǎo)下,倒塌現(xiàn)象嚴(yán)重,干擾或影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。對四川三臺的研究表明,在坡耕地改造工程中,改條石砌埂為土埂+蓑草經(jīng)濟(jì)植物,坡耕地降雨徑流減少40%~60%,坡耕地土壤侵蝕減少75%~96%,節(jié)省投資1/2以上。“土埂+植物”的措施更適合南方種植習(xí)慣與當(dāng)前農(nóng)村勞動力減少的情況,投資小,效益高,應(yīng)該進(jìn)一步研究并推廣。1.1.2保土、保土、排水我國南方山區(qū)降水豐富,水系紊亂是導(dǎo)致坡面水土流失的主要原因之一。坡面水系工程是人為引導(dǎo)坡面徑流,控制坡耕地水土流失的有效措施。在削弱和轉(zhuǎn)化坡面徑流沖刷能量、保護(hù)土地資源等方面起到了重要的作用。三溝(截洪溝、蓄水溝、排水溝)和三池(蓄水池、蓄糞池、沉沙池)是坡面水系工程的主體,也是坡面蓄水保土的主要措施和設(shè)施,根據(jù)高水、高蓄、高用的原則,將這些工程有機結(jié)合起來,可使坡面徑流按水平臺階迂回下山,截短坡面流水線,分段攔截地面徑流,防止坡面沖刷,起到滯洪、沉沙、保護(hù)坡面水土資源和土壤肥力的作用。坡面水系工程依據(jù)各區(qū)域的地形地貌、降雨量以及土地利用等因素,合理設(shè)計與配置溝、凼、窖、池、塘、坊、壩、渠等工程,能夠有效防止地表徑流對坡面的嚴(yán)重沖刷,控制水土流失,提高坡面中上部土壤含水量,減少水庫、河道、灌溉溝渠等水利工程的泥沙淤積,在該區(qū)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用與推廣。1.2復(fù)合耕作措施保土耕作措施以秸稈覆蓋、聚土免耕、橫坡壟作、等高種植等形式為主。秸稈覆蓋主要通過對降雨的直接攔截、破碎、消能作用,防止雨滴對土壤的直接打擊破壞,達(dá)到保持水土的目的。聚土免耕、橫坡壟作、等高種植等措施則是通過改變坡耕地表層土壤的微地貌形態(tài),阻斷地表徑流的累積通道、增加降雨入滲、減少徑流對土壤的沖刷,達(dá)到保持水土的目的。有研究表明,單純的耕作措施仍不能有效防止水土流失,還應(yīng)與其他措施配合。復(fù)合耕作措施具有較好的水土保持效果。如橫坡壟作+秸稈覆蓋+揭膜的復(fù)合耕作措施對云南省紅壤坡耕地的水土流失具有調(diào)控作用。三峽庫區(qū)紫色土坡耕地不同種植模式下的水土保持效益研究表明,糧經(jīng)果復(fù)合壟作水土保持效果最佳,其他各處理均有不同程度防治水土流失的效果。免耕具有保持水土提高作物產(chǎn)量的效果,因為秸稈的覆蓋可增加土壤有機質(zhì),速效N、P、K等養(yǎng)分含量,具有良好的生態(tài)效應(yīng)。1.3農(nóng)業(yè)水土保持研究在我國南方山區(qū),植被措施治理坡耕地水土流失的實踐與應(yīng)用相對較少,與之相對應(yīng)的基礎(chǔ)研究也相對薄弱。國內(nèi)外研究表明,農(nóng)作物與天然植被一樣,同樣具有良好的水土保持作用,且單一種植制度的徑流量大于輪作制度,輪作制度又大于果農(nóng)間作種植制度。地表覆蓋度與徑流量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,且不同作物的田間管理措施、結(jié)構(gòu)層次以及覆蓋度是影響地表徑流量的重要因子。輪作或間作減少地表徑流的原因在于輪作或間作增大了地表作物的覆蓋度,減小雨滴對土壤的打擊壓實作用力,使土壤能保持良好的滲透性。此外,土壤上覆蓋的葉片對雨滴進(jìn)行粉碎,增加入滲時間。在國外,農(nóng)作物覆蓋能夠有效防治水土流失的觀點已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同,且低矮的甚至緊貼地表的作物的水土保持效果更好。農(nóng)作物的地面以上部分通過葉片、莖對降雨的截流消能作用,能有效地降低雨滴打擊作用。眾多學(xué)者研究報道了利用覆蓋農(nóng)作物防治濺蝕和紋溝侵蝕。緊貼地表的豆科類作物具有保持土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、影響土壤水文學(xué)特征和防治土壤的水蝕等多項功能。此外,農(nóng)作物的根系在改善土壤強度和增強表層土壤抗侵蝕特性方面具有重要作用。作物種植方式影響地表徑流的產(chǎn)生,無覆蓋或低覆蓋地表導(dǎo)致更加嚴(yán)重的土壤侵蝕、土壤退化以及土壤的生產(chǎn)力的持續(xù)性退化。農(nóng)作物的種植密度影響其水土保持效果,緊密種植情況下減少水土流失77%。不同作物的合理搭配能有效防治土壤侵蝕、營養(yǎng)元素流失、農(nóng)藥快速流失以及減少地表徑流。種植方式影響作物的水土保持效益以及作物的產(chǎn)量,種植密度較小則不能發(fā)揮作物的水土保持效果,而種植密度過大則容易引起作物吸收陽光、水分、營養(yǎng)元素的不足,導(dǎo)致產(chǎn)量下降。當(dāng)從水土保持角度考慮,復(fù)種、套種、間重等方式比單種效果好,但復(fù)種的作物品種、種植密度、物種特性等仍需進(jìn)一步研究,以達(dá)到增產(chǎn)和保持水土的目的。所以,依據(jù)區(qū)域物候條件及作物生長進(jìn)度,科學(xué)搭配種植作物,探索適合我國南方地區(qū)的作物種植制度,才能有效增加南方土石山區(qū)主要雨期作物葉片覆蓋度,減少甚至避免雨滴對土壤的打擊、破壞、分散、壓實等作用,能夠有效減少地表徑流量、增加降雨入滲量、減少土壤流失量,并且在提高單位面積土地資源利用率的同時增加農(nóng)民收入。2關(guān)于水儲存措施的問題2.1治理措施單一、影響經(jīng)濟(jì)效益治理坡耕地水土流失問題從古至今廣受關(guān)注。我國南方地區(qū)坡面水系工程(溝、渠、塘、堰、凼、窖、池)歷史悠久,一直是優(yōu)良的坡耕地水土保持工程,在四川盆地丘陵區(qū)廣泛應(yīng)用。但由于南方地區(qū)坡耕地土層薄,坡度大,地塊小而分散,并非每一塊坡耕地都能建成系統(tǒng)配套的坡面水系工程,通常只限于交通條件較好、耕地集中連片的地段。近些年,受農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移的影響,坡面水系工程的應(yīng)用推廣受到制約,甚至原有工程的維護(hù)和利用也受到影響。長江中上游防護(hù)林工程中推廣應(yīng)用的常規(guī)坡耕地治理措施如坡改梯、等高耕作、溝壟耕作等措施,由于受降雨、地形、地塊分布等條件的限制,以及建設(shè)費用高、維護(hù)難,對勞動力的需求較大或不符合群眾耕作習(xí)慣,同時受農(nóng)村勞動力減少的影響,實施范圍有限。目前南方大部分地區(qū)陡坡耕地仍處于非治理狀態(tài)。2.2生態(tài)種植制度與耕作方式的水土保持作用機理植被覆蓋能夠防治水土流失的觀點已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同。與林草植被一樣,農(nóng)作物同樣具有防治水土流失作用。國內(nèi)外研究表明,農(nóng)作物葉片、根、莖可有效減弱雨滴對地面的打擊和擾動,增加地表入滲,降低地表徑流沖刷,尤其是低矮的豆科作物。但這方面的研究主要集中在針對農(nóng)作物種類、種植方式和耕作方式的水土保持作用機理和效益的單項研究[23,25,30,31,32,33],對特定地區(qū)坡耕地種植制度,尤其是雨季高覆蓋作物品種選擇,種植時間、種植結(jié)構(gòu)(高、矮作物搭配),空間布局,以及種植制度與耕作方式(留茬耕作,少耕或免耕)相互配套的水土保持作用機理和功能研究較少,無法形成一套可供選擇和推廣的水土保持種植制度與配套耕作措施技術(shù)體系。種植制度是指一個地區(qū)或生產(chǎn)單位為適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粭l件和社會經(jīng)濟(jì)條件與科學(xué)技術(shù)水平而形成作物種植的結(jié)構(gòu)、配置、熟制與種植方式的總稱,它是一定歷史時期的產(chǎn)物。經(jīng)過長期的耕作,南方地區(qū)各地已經(jīng)形成符合當(dāng)?shù)貤l件的種植制度和耕作習(xí)慣,但大多數(shù)地區(qū)的農(nóng)作習(xí)慣不僅未充分發(fā)揮作物水土保持作用,相反造成嚴(yán)重水土流失。其原因在于缺乏保護(hù)性耕作的觀念和技術(shù),尤其在偏遠(yuǎn)的山區(qū),在缺乏科學(xué)合理的水土保持種植制度和耕作方式條件下,坡耕地農(nóng)作習(xí)慣一般是粗放的。3南方坡耕地細(xì)溝侵蝕的主要表現(xiàn)為水土流失問題不只是單純的徑流泥沙的輸移問題,我們通常治理的水土流失與整個社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著緊密的聯(lián)系,水土保持措施只是手段,而最終目的是達(dá)到“社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境”的和諧發(fā)展。通過人工模擬降雨對長江上游地區(qū)坡耕地7種土壤類型進(jìn)行了野外試驗和野外細(xì)溝侵蝕調(diào)查。試驗與調(diào)查結(jié)果表明,南方坡耕地土壤侵蝕主要以面蝕為主,雨滴打擊作用是面蝕的主要動力來源,消除雨滴打擊作用可減少70%以上的土壤侵蝕量。由此,得出以下結(jié)論:南方坡耕地水土流失治理對策主要以增加地表覆蓋,減少雨滴直接打擊作用,同時采用適當(dāng)?shù)谋Ｍ粮鞔胧┰黾拥孛娴挚褂甑未驌裟芰蛷搅鳑_刷能力。在此基礎(chǔ)上輔以合理的坡面水系工程,使地塊與邊溝、背溝(一般地塊均有)、排水溝等工程措施有機結(jié)合,達(dá)到坡面保土,溝道沉沙疏流的目的。如何在目前農(nóng)村勞動力大量減少的情況下,提高山區(qū)陡坡耕地水土保持措施覆蓋率,解決分散地塊水土保持措施空缺,研究探索合理的種植制度,推廣簡易適用的水土保持種植制度與配套耕作措施,輔以合理的坡面水系工程是一條有效途徑。4保土耕作措施在我國南方現(xiàn)有的水土保持措施中,坡改梯具有良好的水土保持效果,但其投入成本(資金和勞動力)較高,坡耕地梯田化后工程仍需要一定的費用(材料和勞動力)進(jìn)行維護(hù),倒塌現(xiàn)象嚴(yán)重等問題往往被忽視。在當(dāng)前農(nóng)村勞動力大量向城市轉(zhuǎn)移的背景下,坡改梯并不適宜繼續(xù)大面積推廣。坡面水系工程能夠有效防止地表徑流對坡面的嚴(yán)重沖刷,控制水土流失,減少水庫、河道、灌溉溝渠等水利工程的泥沙淤積,在該區(qū)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用與推廣。保土耕作措施能夠有效防治水土流失,但并未得到廣泛應(yīng)用與推廣。主要因為南方山區(qū),山高坡陡,機械化程度較低,蓄力仍然是農(nóng)民維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要動力,而各種秸稈又是牲畜的主要食料。此外,聚土免耕、橫坡壟作較順坡壟作或平作更廢時費力,所以保土耕作措施并未得到廣大農(nóng)民